水面菲涅尔反射对~761 nm叶绿素荧光估算的影响

叶绿素荧光是光合作用的有效探针,可用于海洋浮游植物的监测与定量评估。太阳诱导叶绿素荧光覆盖可见光—近红外650—800 nm,在～685 nm与～740 nm表现出两个形态不同的荧光峰特征。基于～685 nm荧光峰的叶绿素浓度反演算法较为成熟,但在高悬浮物和高叶绿素浓度的水体中,算法的有效性不足。基于叶绿素荧光在氧气吸收谱段(O2-A)的填充作用,水体遥感反射率光谱～761 nm峰值中包含有太阳诱导叶绿素荧光信号,能用于水体叶绿素浓度的估算,但该反射峰形态特征还取决于传感器的光谱分辨率。本研究基于不同光谱分辨率的大气吸收谱线特征,模拟了水体遥感反射率光谱(750—775 nm)上太阳诱导叶绿素荧光的信号响应特征;分析了利用遥感反射率(～761 nm)计算叶绿素荧光的原理,阐明了不同光谱分辨率条件下水体叶绿素荧光信号在反射光谱上的形态变化规律。采用水面以上测量法获取的离水光谱辐亮度,包含了水面的菲涅尔反射信号,由于真实的菲涅尔系数难以准确测量,这给基于～761 nm处遥感反射率峰值的荧光信号估算带来不确定性影响。研究表明,假定菲涅尔系数为0时,虽然～761 nm叶绿素荧光信号与其浓度具有较好的线性统计关系,但却带来较大的不确定性;这种不确定的影响,在低浓度叶绿素水体中表现明显,在高浓度叶绿素水体中,影响相对较小;准确估算菲涅尔系数,有助于减少这种不确定性影响。对基于遥感反射率～761 nm叶绿素荧光信号的深入探讨,将能推动未来水体叶绿素荧光的识别与利用。     

多光谱遥感影像亚像元定位的空间引力算法研究

针对遥感影像亚像元定位问题,提出一种基于像元空间引力模型的亚像元定位新算法,算法中像元空间引力的表达在亚像元尺度上建立,能够表达像元间的空间自相关性;亚像元权重参数包括相互吸引的两个相邻像元中地物百分比含量,强化了空间引力模型;用距离函数表达像元间的相互作用在距离上的非线性关系.通过迭代运算优化像元间的引力关系,提高像...     

半干旱区季节性河流在荒漠化发育中的作用——以内蒙古四子王旗塔布河流域为例

荒漠化发育方式和过程的各不相同 ,具有明显的地域性和成因差异性特点。半干旱区季节性河流在荒漠化地貌发育中的作用是引人注目的一个科学问题。内蒙古四子王旗塔布河流域内有丰富的第三系和第四系河湖相冲 (洪 )积沉积物。该流域正发生着内蒙古乌兰察布盟最严重的荒漠化。本文基于LandsatTM图像的处理与分析 ,对该区季节性河流流域的荒漠化程度、分布及其成因作了研究 ,探讨了风 -水复合作用下荒漠化发育的具体模式。在干旱 -半干旱的气候背景下 ,地表植被稀疏、甚至裸露 ,在暴雨作用下 ,形成的洪流搬运大量泥沙碎屑物质沉积在中下游的宽谷地带 ,随着河道的淤积、抬高与加宽 ,干燥的流沙向两岸蔓延 ;再在特殊地段河道的“狭管效应”与局部气流循环共同作用下 ,流沙向四周进一步扩展 ,与山前洪积扇相连 ,造成荒漠化大范围的发生和发展 ,并可能导致整个地区的荒漠化。     

海洋一号C星光学载荷对海面溢油的识别能力分析

中国首颗海洋水色业务卫星(HY-1C)搭载有水色水温扫描仪(COCTS)、海岸带成像仪(CZI)、紫外成像仪(UVI)等多套光学载荷，已于2019-06开展业务化运行。溢油是海洋环境监测的重要目标之一。近年来，光学遥感对海面溢油不同污染类型的识别、分类与估算原理得以阐明，其技术优势获得认可，能有效促进海面溢油的精细化定量探测。本研究以中国近海，主要以2019-02-20中国南海东沙岛附近海域一次溢油事件为例，收集了HY-1C星COCTS和CZI数据，并获取了同一天的VIIRS、MODIS Terra & Aqua遥感数据，开展了海面溢油的识别分类及其对比分析，重点评估COCTS与CZI光学载荷对海面溢油识别的效能。结果表明：在弱耀光对比条件下，COCTS、CZI、VIIRS均能有效识别此次东沙岛溢油，且COCTS对溢油的识别能力不弱于VIIRS数据；CZI不仅能识别此次溢油，还能区分此次溢油形成的海面油膜与溢油乳化物，从而提供更多的判定信息；CZI数据中，不同溢油污染类型的光谱信号离散度大于清洁海水平均噪声，展现了溢油量估算的潜力。HY-1C星光学载荷展现了优良的辐射分辨率、高信噪比等性能，随着HY-1D星的发射，双星组网观测还能提供更佳的时相分辨率数据，未来会在海洋溢油的实时、定量、精细化观测中提供丰富的数据支撑。     

海洋溢油与烃渗漏的光学遥感研究进展

海洋溢油与烃渗漏是资源与环境遥感关注的重要方向之一。光学遥感在该领域的理论与应用研究表明:(1)光学遥感探测的分类目标已经明确,即溢油污染形成的海面油膜、黑色浮油与油水混合物,海底烃渗漏形成的海面油膜与近海表大气碳氢化合物气体异常;(2)这些目标对入射光具有不同的光学作用过程(如反射、吸收、散射、干涉等),会产生不同的光学响应特征,是光学遥感识别、分类与定量估算的理论基础;(3)在实际应用中,目标介质面(不同类型、折射率与粗糙度的油面与海面)的菲涅尔反射差异,有利于目标探测的同时,也给目标识别分类与定量估算带来诸多不确定性影响。光学遥感技术在本领域的应用特点与优势逐渐清晰,但依然面临巨大的挑战,今后的研究趋势也主要集中于以下几个方面:光学传感器的可探测性,典型目标的光学响应特征,定量遥感模型与参数查找表,目标的光谱与空间尺度响应,实地测量等。随着研究的深入,光学遥感技术必能以新的视角为海洋溢油与烃渗漏目标的实时监测、识别分类与定量评估提供更好的解决方案。     

基于浮油膜双光束干涉模型的油膜厚度遥感反演理论

海面浮油膜是海洋石油污染监测与海洋油气资源勘探的共同关注对象,其厚度的遥感定量反演是研究难点之一.随着油膜厚度的变化,入射光在浮油膜中的辐射传输有所不同,是海面浮油膜厚度光学遥感反演的理论依据.本研究将均匀分布的浮油膜视为一个平行平板,分析其可见光范围内的辐射传输过程,探讨油膜反射光的双光束干涉,构建以油膜厚度及其光谱反射率为变量的油膜厚度遥感定量反演模型,并结合菲涅耳公式进行模型参数的物理意义分析,揭示油膜厚度遥感定量反演的关键在于油膜的消光特性.利用油膜光谱响应实验数据,开展理论模型的分析与验证,结果表明：油膜厚度遥感定量反演的理论模型不仅具有明确的光学物理意义,同时也具有较好的模拟精度;浮油膜光谱反射率随厚度变化响应的主要因素是油膜对入射光的分子散射作用,该散射作用与入射光波长具有显著的关系,因此油膜光学遥感散射特性研究将有助于油膜种类识别与厚度的遥感定量反演;模型参数的理论意义与数据分析表明,建立典型油种油膜的模型参数查找表,将有效提高海面浮油膜厚度遥感定量反演的效率.     

HY-1C卫星CZI载荷的黄海绿潮提取研究

海洋一号C（HY-1C）卫星是中国首颗海洋水色业务卫星,其搭载的海岸带成像仪（CZI）在近海海洋环境监测中正发挥越来越重要的作用;随着搭载有相同传感器的HY-1D卫星发射,双星组网观测,可形成3天2次的高频次、大范围对海观测能力,在海洋漂浮藻类、海洋溢油等目标探测方面具备优异的效能。高空间分辨率光学数据中包含了丰富的海洋环境信息,给特定目标的识别提取带来一定干扰。本研究面向HY-1C卫星CZI载荷开展中国近海漂浮藻类识别提取的业务化应用需求,发展基于藻类缩放指数与虚拟基线高度融合的海洋漂浮藻类识别提取算法,算法优选适用于无短波红外波段国产数据的虚拟基线高度指数来增强藻类信号,通过藻类缩放指数滑动窗口运算,有效剔除高空间分辨率光学数据中的复杂干扰信息,实现了基于CZI数据的海洋漂浮藻类高精度提取,且具有较好的计算运行效率。此外,结合准同步高分卫星16 m多光谱数据,开展CZI数据含藻像元的不确定性分析,发现CZI数据反演结果对近海小斑块漂浮藻类存在不可忽视的高估现象。研究还指出,光学数据用于漂浮藻类监测,其不确定性不仅来源于传感器的空间分辨率差异,还与海洋漂浮藻类形态特征的空间分异性有关。明晰海洋漂浮藻类的形态学空间分异特征,将有助于提高光学数据反演结果的精度,并阐明不确定性。     

1935-2010年中国人口分布空间格局及其演变特征

在自然地理和社会经济等因素影响作用下,中国东西部人口分布与社会经济长期处于不平衡的发展态势。采用人口分布结构指数、基尼系数、重心迁移、空间自相关等方法,以中国1935-2010年6期人口普查县级统计数据为数据源,实现人口密度分界线的空间刻画和中国人口分布的时空分析。结果表明：受社会历史、自然环境和经济条件的影响,中国人口空间分布的时空演变特征差异相对明显;尽管人口分布的均衡性发展态势不断增强,但总体空间格局并未发生明显的改变;胡焕庸线至今仍能很好地概括中国人口东南地狭人稠、西北地广人稀的空间格局,但该线西侧的甘肃、宁夏、内蒙古等人口密度超过50人/km²的区域面积呈现增长的趋势,且持续向西北扩张。     

海面油膜高光谱遥感信息提取

针对辽东湾海域的Hyperion高光谱遥感数据特点, 结合海面油膜光谱与Hyperion影像特征, 对该数据进行水陆分离与最小噪声分离(minimum noise fraction, MNF)变换处理, 在辽东湾海域MNF波段影像的2D散点图中, 海面油膜的出现会在其边缘形成一个异常散点区域, 可区分油膜与干扰信息,结合提取的海面油膜端元的MNF波谱, 通过混合调制匹配滤波(mixture tuned matched filtering, MTMF)技术, 成功地提取研究区海面油膜信息, 有效监测海面油膜     

中国近海绿潮生物量的卫星光学遥感估算

生物量是精准量化海洋大型漂浮藻类的关键参数,是反映海洋生态环境变化的有效指标。光学遥感卫星能为绿潮的精细化监测与评估提供数据支持,实现绿潮的精准识别与量化估算。针对中国海洋一号C/D卫星（HY-1C/D）海岸带成像仪CZI (Coastal Zone Imager)、美国中分辨率成像光谱仪MODIS (Moderate-resolution Imaging Spectroradiometer)、欧洲空间局哨兵2号卫星多光谱成像仪MSI(Multi Spectral Instrument)等光学遥感数据特点,基于绿潮生物量变化模拟与观测验证数据,本研究提出了适用于不同光学卫星数据的绿潮生物量估算模型与计算方法,开展了中国近海绿潮生物量光学遥感估算与交叉验证。结果表明：相较于绿潮像元面积和覆盖面积,绿潮生物量估算结果的不确定性最小,该参数能有效减少面积参数所内含的尺度效应差异,能更准确地用于海洋绿潮的量化与评估。此外,基于CZI和MODIS数据开展2021年中国近海绿潮生物量协同监测应用,有效提高了绿潮生物量监测的精度,详细量化了2021年中国近海绿潮生物量的年内变化,展现了绿潮生物量的精...